临近铁路既有线桥梁承台施工的钢板桩防护措施

王 平

(中铁二十三局集团第一工程有限公司,山东 日照 276800)



临近铁路既有线桥梁承台施工的钢板桩防护措施

王 平

(中铁二十三局集团第一工程有限公司,山东 日照 276800)

以南堡疏解线特大桥跨越津山线工程为例，为保证临近既有铁路线路基的稳定性，提出了桥梁承台施工时钢板桩的防护措施，并阐述了钢板桩布置、计算及施工方法，指出钢板桩防护对于距离近、覆盖层厚的承台施工具有周期短、见效快、成本低、安全性高等优点。

既有线，钢板桩，承台，沉降监测

1 工程概况

新建南堡疏解线特大桥跨越津山线中心里程为N1SDK2+388.02，大桥全长1 844.96 m，全桥孔跨布置为：14×24 m+27×32 m+1×24 m+1×24 m(超低高)+1×24 m +16×32 m。桥梁上跨既有津山铁路，42号，43号墩比邻既有线，承台基坑开挖及桩基施工势必影响到津山铁路线路基的稳定。位置关系及纵断面分别见图1,图2。

比邻既有线最近的43号主墩与既有线路基的位置关系如图2所示。

2 防护措施

为保主钻孔桩施工过程中既有线路基边坡的稳定性，不因孔口坍塌等事故而影响既有线安全，因此在场地平整完毕钻孔桩基础施工前，由于距离既有线较近(承台边最近处距铁轨仅5.4 m)，为保证行车安全，采取了必要的防护措施。

2.1 防护桩的布置

通过对现行的基坑支护方式的比较，最后钢板桩以其高强度、轻质量、环保性能强等特性，并且工期短，施工简单，建设过程造价低等优势被采用，43号墩承台基坑开挖四边均采用钢板桩防护，为保证钢板桩的闭合整体性，43号钢板桩在桩基施工前全部打入。钢板桩采用WRU150型，板厚10 mm，尺寸如图3所示。

2.2 钢板桩的支护计算

经查淤泥的重度r为15.4 kN/m3，土的内摩擦角3.1°，如图3所示，钢板桩宽度为46 cm，施工计算钢板承载的土的主动土压力及土方被动土压力值相等，解方程可得t=1.03 m，因津山为国家铁路繁忙干线，不允许有丝毫大意，为安全起见安全系数取值为1.6，埋深为t′=1.6×t0=9.968 m。

即：按照设计要求可选择15 m钢板桩防护。

计算如下：

1)土方主动土压力:

Ea=Ea1+Ea2=ea1×15+t(ea1+ea2) 。

ea1=t1γ1tg(45°-φ1/2)-2Ctg(45°-φ1/2) =10×18×tg(45°-18/2)-2×15×tg(45°-18/2) =108.9 kN/m2。

ea2=ea1+t2γ2tg(45°-φ2/2)-2Ctg(45°-φ2/2) =108.9+t×18×tg(45°-25.6/2)-2×15×tg(45°-25.6/2) =90.03+11.3tkN/m2。

其中，ea为主动土压力所处位置的最大压强；γ1为土的重度,查值为18 kN/m;C为土的粘聚力；t1为土质分界深度,取15 m。

根据上式求得:Ea1=544.5 kN/m;Ea2=t(108.9+90.03+11.3t)=99.46t+7.3t2kN/m。

2)土方被动土压力:

Ep=Ep1+Ep2=ep1×5.2+t(ep1+ep2) 。

ep1=t2γ1tg(45°+φ1/2)+2Ctg(45°+φ1/2)=5.2×18×tg(45°+18/2)+2×15×tg(45°+15/2)=170.1 kN/m2。

ep2=ep1+tγ2tg(45°+φ2/2)+2Ctg(45°+φ2/2)=170.1+t×18×tg(45°+25.6/2)+2×14×tg(45°+25.6/2)=214.34+28.44tkN/m2。

其中，ep为被动土压力所处位置的最大压强；γ1为土的重度,查值为18 kN/m;C为土的粘聚力。

根据上式求得:Ep1=442.26 kN/m;Ep2=192.2t+14.22t2kN/m。

根据平衡公式∑Ea=∑Ep,将两式联立代入,可得下式:

544.5+99.46t+7.3t2=442.26+192.2t+14.22t2。

整理得: 6.92t2+92.74t-102.24=0。

即可求得:t=1.03 m。

钢板支护桩的最小锚固深度为:t0=5.2+1.03=6.23 m。

取安全系数:K=1.6，则:t′=K×t0=1.6×6.23=9.968 m。

钢板支护桩总长:L=t′+H=9.968+4.8=14.768 m。

取长度L=15 m。

2.3 防护桩的施工

1)施工前的准备。

防护桩位于既有线路基边坡上，开工前递交书面报告，征得所属工务段、电务段的书面同意，并签订施工安全协议，待施工和抢险材料备足后，开始动工；施工期间，施工单位安排专人24 h进行监控和巡查，密切观测线路变化情况，发现问题，及时汇报相关单位，消除安全行车的隐患因素。

2)钻孔桩基础施工。

根据本工程地质资料，结合现场实际情况，确定跨既有线42号、43号墩钻孔桩采用回旋钻钻机成孔；钢筋由加工厂分节加工成6 m～8 m的钢筋笼，炮车运至施工现场后，吊车起吊安装入孔；混凝土采用商混凝土，罐车运至施工现场后，由汽车泵通过导管进行水下混凝土灌注。

钻孔灌注桩在钻进、成孔和浇筑混凝土过程中，要把握好作业时间和泥浆比重，避免因时间过长或泥浆比重不合格而造成坍孔事件。施工过程中如发生坍孔事件，要及时发现，快速启应急预案，第一时间进行回填处理，以保证既有线路基的稳定。

2.4 承台施工

承台的开挖。

1)基坑开挖防护。

43号墩承台采用垂直方式进行开挖，基坑边坡全部采用钢板桩进行防护，开挖前先打入钢板桩。为保证钢板桩的整体刚度，在开挖过程中，自顶端下50 cm处和钢板桩中部处各加设一道水平工字钢，工字钢与钢板桩间用焊接方式连接，如图4所示。

2)钢板桩施打。

本工程钢板桩采用打桩机(SV-2000型液压)进行锤打，受钢板桩长度影响，在施打中，钢板桩易向一边倾斜，考虑到倾斜误差不易纠正，钢板桩的垂直度难控制，所以钢板桩施工拟采用屏风式打入法。该方法由于打入精度高不易使板桩发生变形、倾斜和墙面凹凸。沉桩方式根据发生的垫层不同，如阻力过大的砂层、砾石层中, 可采用高压冲水或振动法沉桩，不能用锤硬打。

施工时采用屏风式打入法，将10根～15根钢板桩排列成屏风状，成排插入导架内，然后按设计标高将屏风墙两端的一组钢板桩打好，采用循环往复顺序施打，降低由于板桩垂直度、位移、轴线方向的伸缩、板桩墙的凹凸与打桩频率及施打顺序的直接影响。

钢板桩插打前,为减少拔桩的摩擦力，首先在钢板桩内外两侧涂刷沥青然后插入土层内部,在钢板桩施打时,每隔4 m设一道夹木,在板桩起吊前夹好夹木,施打时逐一拆除,周转使用。组桩及单桩的锁口内,涂以黄油混合物，加强防渗性能。

3)基坑回填。

为保证既有线路基的稳定性，43号墩全部边坡防护保留。42号墩其他部位边坡防护和模架体系等混凝土强度达到设计值后予以拆除，然后采用粘土对称分层夯实回填。

2.5 既有线沉降监测

施工中应加强既有线路基的沉降监测，派专人巡视路基情况，在桥轴两侧10 m范围内既有线两侧各设两个沉降观测点，每天4次用水准仪对线路进行沉降观测，时刻关注防护桩的位移情况。发现异常情况及时上报项目部，并与工务段联系对原因进行分析，采取有效控制措施。

2.6 收尾善后

桥墩垫石混凝土施工完毕拆除模具后，南堡疏解线特大桥跨津山铁路跨既有线下部结构全部完成。待相关单位批准拆除后，拆除安全屏障墙和锚固钢轨，并用粘土将空眼扎实封固。

3 结语

钢板桩防护对于距离近、覆盖层厚的承台基础施工具有以下优点:1)施工周期短,见效快。2)材料、设备投入低。3)受约束条件少,安全可靠。钢板桩防护应变能力强，可以确保就近基础的集合尺寸、位置,抗渗性能高,单片板桩刚度大、不易变形，施工安全等，值得推广应用。

[1] 张伯平,党进谦.土力学与地基基础[M].西安：西安地图出版社,2010.

[2] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑出版社,2013.

[3] 杨文渊,徐 彝.桥梁基础施工工程师手册[M].北京：人民交通出版社,2013.

Steel-sheet pile preventing measures of existing adjacent railway bridge cushion construction

Wang Ping

(ChinaRailway23rdBureauGroup1stEngineeringCo.,Ltd,Rizhao276800,China)

Taking Nanbao Shu-Jie line extra-large bridge crossing Jin-Shan line engineering as an example, in order to guarantee the adjacent existing railway subgrade stability, the paper puts forward steel-sheet pile protecting measures in bridge cushion cap construction, and describes steel-sheet pile distribution, calculation and construction methods, and finally points out advantages of steel-sheet pile protection for short-distance and thick-covering cushion construction, such as short construction duration, fast efficiency, low cost and high safety and so on.

existing railway line, steel-sheet pile, cushion cap, settlement monitoring

1009-6825(2017)14-0167-02

2017-02-26

王 平(1983- )，男，工程师

U443.25

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